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RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO Luis David Hernández Pérez. Jefferson Gómez Chimento. Andrés Contreras Bravo. Liseth Susana Padilla Ruiz.

RESUMEN.

INTRODUCCIÓN.

Los esfuerzos internos en los elementos dependen de las condiciones a las cuales estos estén sometidos. En el ensayo de compresión de probetas, se ensayaron cuatro muestras del mismo material y todas con dimensiones mayores a la establecidas (en el rango de las dimensiones) para observar los resultados arrojados y la influencia de los errores que se van sumando. Se obtuvieron resultados experimentales que son muy cercano a los teóricos, como; la resistencia ultima del concreto que fue aproximadamente 32.5 Mpa (máxima resistencia Muestra #4). Pero, aunque la máxima resistencia la haya obtenido esta muestra, el mayor módulo de elasticidad lo obtuvo la muestra #3, con un valor de 2340.5 Mpa aproximadamente, por encima de las otras muestras. La relación de esbeltez afecta los resultados y los comportamientos de las gráficas de esfuerzo vs deformación de cada uno de los especímenes. También afecta los resultados no curar el concreto, cuando éste se ve sumamente hidratado y se potencializa su capacidad cuando se hace el respectivo proceso.

La resistencia a la compresión del concreto, como su nombre lo dice, es la capacidad del concreto a resistir un fenómeno de aplastamiento que se ve comúnmente en todos los materiales que se utilizan para la elaboración de estructuras de todo tipo, comenzando por las reticulares. El ensayo de compresión de cilindros brinda información de las propiedades mecánicas del material y de su comportamiento de forma detallada ante cargas estáticas o cargas que ascienden gradualmente en el tiempo. También, se analiza ante cargas dinámicas, pero sucede que a veces es más probable una carga sostenida en el tiempo que una carga sísmica o dinámica en su defecto, de todas formas, ese es otro ensayo. Sin embargo, no se puede despreciar la característica de cómo se comportaría el concreto ante fuerzas sísmicas partiendo de cómo se comporta ante cargas estáticas. La meta del ensayo es encontrar y comprobar la resistencia del material, las diferentes características, el módulo de elasticidad, el porqué de su comportamiento y rectificar las normas técnicas colombinas NTC.

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PROCESO Y RESULTADOS. Datos Teóricos medidos por la máquina de ensayo de las respectivas muestras ensayadas.

Esfuerzo Vs Deformación Muestra 2

4

30

155

25

305

20

28333 269.4

ESFUERZO

CILINDRO DE CONCRETO 1 2 3 Diametro 154 156 155 mm Longitud 305 300 305 mm 2760 Inercia 29071 28333 9133 mm4 557 269.4 .8 1862 Área 19113. 18869. 6.50 mm2 4497 1909 28

Grafica de la muestra #2 ensayada en el laboratorio.

Grafica de la muestra #1 ensayada en el laboratorio.

10 5

18869. 1909

Ahora se muestran las respectivas curvas de esfuerzo vs deformación de los cilindros de concreto ensayados en el laboratorio.

15

0 0.000

0.010 0.020 DEFORMACIÓN

Grafica de la muestra #3 ensayada en el laboratorio. Esfuerzo Vs Deformación Muestra 3

Esfuerzo Vs Deformación Muestra 1

30 25

ESFUERZO

25 20

15 10 5 0 0.0000 0.0050 0.0100 0.0150 0.0200 DEFORMACIÓN

ESFUERZO

30

20 15 10 5 0 0.0000

0.0050 0.0100 0.0150 DEFORMACIÓN

0.0200

2

Grafica de la muestra #4 ensayada en el laboratorio. Esfuerzo Vs Deformación Muestra 4 30

ESFUERZO

25 20 15

10 5 0 0.0050 0.0100 0.0150 0.0200 0.0250 DEFORMACIÓN

Todas las gráficas mostradas anteriormente, muestran resultados análogos de crecimiento de grandes deformaciones ante tan pequeños esfuerzos. Ese comportamiento es poco común porque usualmente el concreto tiende a crecer de forma semi-lineal cóncavo hacia abajo siguiendo su recorrido hasta el punto máximo y después hasta la fractura. Puede ser que se trate de una curva teórica y que experimentalmente los resultados puedan cambiar, no obstante, los resultados de la gráfica teórica están en función de los ensayos experimentales. Los materiales de construcción tienen un control de calidad que garantiza y certifica que éstos no tendrán comportamientos como los observados en las gráficas. El comportamiento del material es directamente proporcional a la fabricación y tratamiento que éstos tengan. El concreto no es un material dúctil comparado con el Acero, es por eso que le hace un proceso de fabricación a partir de dosificaciones y

calidad de los materiales que constituyen esa dosificación, después se hace un proceso de extracción de forma adecuada para no cambiar el estado de su composición o alterarla; partiendo de eso la muestra tiene que ser bien moldeada en un cilindro metálico con el fin de que no quede espacios vacíos en su estructura o sino, hacer el debido curado de este material para que no se evapore el agua de su amasado y se debilite debido a la pérdida de su hidratación. Una de las características de todos los materiales es el esfuerzo a fluencia, que generalmente se da entre un 40% y un 45% de su resistencia ultima. El esfuerzo de fluencia se da a partir de un cambio visible en la gráfica, en forma de parábola cóncava hacia abajo, pero, ninguno de los especímenes de concreto tuvo este comportamiento. Eso quiere decir que el material sencillamente estaba débil debido a que aun cuando no ha llegado a su refuerzo de fluencia, éste ya ha alcanzado la falla o su esfuerzo de rotura. Con base en lo anterior, se identifica que como el material tenía su composición débil, entonces su módulo de elasticidad no será lo suficientemente grande como para entender que el espécimen tenía grandes capacidades para fluir y eso se identifica en las gráficas como ya se había mencionado. Módulo de elasticidad calculado por medio de la pendiente de la curva esfuerzo vs deformación del espécimen #1. (Muestra 1). Modulo de Elasticidad #1 #2 Deformación 0.014170 0.016439 Esfuerzo 11.349 15.5634 Ec 1877.899 Mpa

3

Módulo de elasticidad calculado por medio de la pendiente de la curva esfuerzo vs deformación del espécimen #2. (Muestra 2). Modulo De Elasticidad #1 #2 Deformación 0.0135331 0.01479 Esfuerzo 6.7 7.31456 1898.6 Mpa Ec

Módulo de elasticidad calculado por medio de la pendiente de la curva esfuerzo vs deformación del espécimen #3. (Muestra 3). Modulo De Elasticidad #1 #2 Deformación 0.011223607 0.018907541 Esfuerzo 8.82362592 26.04791 2340.35 Mpa Ec

Módulo de elasticidad calculado por medio de la pendiente de la curva esfuerzo vs deformación del espécimen #4. (Muestra 4). Modulo De Elasticidad #1 #2 Deformación 0.0194918 0.0196230 Esfuerzo 11.003457 12.79658 2293.189 Mpa Ec

Esfuerzos últimos de rotura de cada probeta ensayada. Muestra #1 Muestra #2 Muestra #3 Muestra #4

Esfuerzos maximos de rotura 29.240 Mpa 29.310 Mpa 29.041 Mpa 32.403 Mpa

𝑬𝒄 = 𝟒𝟕𝟎𝟎 ∗ √𝒇´𝒄 (𝑴𝒑𝒂)

Con base en los anteriores esfuerzos, se puede estimar que la resistencia del concreto es de 5000 PSI, equivalente a 35 Mpa aproximadamente. 𝑬𝒄 = 𝟒𝟕𝟎𝟎 ∗ √𝟑𝟓

Haciendo el cálculo, el módulo teórico es: 𝑬𝒄 = 𝟐𝟕𝟖𝟎𝟓. 𝟔 𝑴𝒑𝒂

Como ya se había mencionado antes, era de esperarse que el módulo de elasticidad de cada material calculado de forma experimental, fuese mucho menor que el módulo de elasticidad teórico debido a los comportamientos de las gráficas, que antes del esfuerzo de fluencia ya el material había fallado, e incluso pudo haber fallado ante el esfuerzo de fluencia por ser un material demasiado débil. Se emplea la siguiente fórmula para hallar el módulo de elasticidad equivalente hasta el 40% del esfuerzo ultimo de rotura. 𝑬𝒄 =

𝑺𝟐 − 𝑺𝟏 ∈ 𝟐 − 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟓

Después del correspondiente calculo, se muestran los valores. Muestra #1 Muestra #2 Muestra #3 Muestra #4

Modulo de elasticidad 837.644 Mpa 1322.082 Mpa 920.911 Mpa 648.113 Mpa

Es notable que el modulo de elasticidad calculado con la formula propuesta anteriormente, tampoco cumple. Esto tambien es un indicador de que el material tenia su estructura debil porque se supone que al 40% de su resistencia ultima, éste debe tener su modulo real.

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El concreto, normalmente tiene varios tipos de falla dependiendo desde el punto de vista en que se observe, por ejemplo; si se mira desde el punto de vista en el cual el concreto es menos resistente a tensión, entonces se puede decir que éste falla a tensión. Si se mira desde el punto de vista del cortante debido a que éste también es débil ante ese esfuerzo, entonces también se podría decir que es debido y falla ante esfuerzo de corte. Pero si se mira desde el punto de vista de que el concreto falla por su mayor capacidad (resistencia a compresión), entonces brevemente se puede decir que éste falla por esos esfuerzos. ¿Qué tipos de falla pueden ocurrir generalmente en esta prueba en los cilindros ensayados? ¿A qué se debe cada una de estas fallas? Se puede dar una falla por cortante, por esfuerzo y deformaciones distribuidas y las combinaciones de éstas. Estos tipos de fallas se presentan por las modificaciones en las dimensiones de las probetas. La variable más conocida es la relación de esbeltez, esta variable hace que los esfuerzos se vean afectados por su distribución a lo largo del cuerpo del elemento (espécimen). ¿Qué factores pueden afectar los resultados de esta práctica? Como se mencionó, la esbeltez y no cumplir cada paso de las advertencias y los ítems que impone la NTC, hacen los resultados se vean totalmente alterados.

¿Qué razón tiene tomar la deformación y los esfuerzos correspondientes al 40 % de f´c? Como se había explicado, el esfuerzo es directamente proporcional a las deformaciones hasta el 40% del esfuerzo ultimo del concreto, eso quiere decir que hasta ese punto el concreto presenta elasticidad. CONCLUSIÓN. Los materiales por mucho que se vean a simple vista con capacidades de dureza siempre hay que estar demasiado seguro de ello, es por eso que se hacen los ensayos a cada uno y de diferentes formas para entender su estructura y el comportamiento de éste a partir de la inducción de esfuerzos estáticos o dinámicos. Si no se hace los respectivos controles y cuidado de los materiales se expone cada una de las vidas que están aledaña a la estructura que esté compuesta por estos materiales. Como el material falla por su lado más frágil, siempre se debe asegurar que el elemento tenga las dimensiones adecuadas y el material que lo constituye tiene que estar en óptimas condiciones para que tenga la suficiente elasticidad, a pesar de que se sepa que el concreto no es elástico a diferencia del acero. El concreto siempre debe tener un proceso de curado puesto que con esto se consigue o se obtiene el proceso de hidratación del concreto lo que hace que se dispare su resistencia y si el material es demasiado resistente, entonces es suficientemente rígido y resistente.

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BIBLIOGRAFIA.

ANEXOS.

NORMA TÉCNICA NTC COLOMBIANA 454, http://www.academia.edu/22412619/NORM A_T%C3%89CNICA_NTC_COLOMBIAN A_454 NRMCA, El concreto en la práctica. https://www.nrmca.org/aboutconcrete/cips/C IP34es.pdf Ensayo a compresión de cilindros de concreto, http://ingevil.blogspot.com/2008/10/ensayocompresin-de-cilindros-de.html Ensayo de compresión, Procedimiento. http://www.mecapedia.uji.es/ensayo_de_co mpresion.htm Prueba de resistencia a la compresión del concreto. https://civilgeeks.com/2017/08/24/pruebaresistencia-la-compresion-del-concreto/ Ensayo de resistencia a la compresión en cilindros normales de concreto https://es.scribd.com/doc/14471810/Ensayode-resistencia-a-la-compresion-en-cilindrosnormales-de-concreto

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